Prof. em. Peter Stamp · Zuckerrübe 12. Kreuzung und Testung auf dem Feld Selektion Biologie...
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Weltweite Ernährungssicherheit durch eine starke Pflanzenzüchtung Prof. em. Peter Stamp
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Weltweite Ernährungssicherheit durch eine
starke Pflanzenzüchtung
Prof. em. Peter Stamp
Ernährungssicherheit ist essentiell.
Vor 4400 Jahren:
Ptah-Hotep, Weiser und
Premierminister von Ägypten:
Eine Gesellschaft bleibt nur stabil,
wenn ihre Grundbedürfnisse
befriedigt sind
Andernfalls wird sie aggressiv und
gewalttätig
Eine Botschaft wichtiger denn je,
aber viele Engpässe auf globaler
Ebene
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Vortragsbasis
1. Abschiedsvorlesung Peter Stamp, 2011.
The 21. Century, the Century of Plant Breeding
2. AGRARFORSCHUNG SCHWEIZ, 2014:
a. Becker et al.: Globale Ernährungssicherheit –
Schlussfolgerungen für die Schweiz
b. Kopainsky et al.: Synergien und Zielkonflikte zwischen
Ernährungssicherheit und Ressourceneffizienz
c. Stamp et al.: Wie geht es weiter mit der
Weizenzüchtung?
d. Hund et al.: Warum Hybridgetreide kommen wird
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Viele Hindernisse für eine globale
Ernährungssicherheit
Anstieg der Weltbevölkerung
Klimawandel: CO2, Temperatur, Extremereignisse
Unfruchtbares, versiegeltes Land
Bioenergie vom Ackerland
Ressourcen: Wasser, Phosphor, Energie
Konsumpräferenzen: Fleisch, Hochwertprodukte
Volatile Nahrungsmittelpreise
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Die Schweiz 2050
Nutzfläche, Rückgang von 1 auf 0.9 Millionen ha
Ökologie: >Biodiversität, <Produktivität
Mehr Importe, Öko-Fussabdruck ausgelagert
30% Abfallreduktion um Importhöhe 2010 zu
halten
Mehr Züchtungsbeiträge aus der Schweiz
Fokus der Züchtung auf Kleinregionen oder
komplementäre Beiträge global?
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Aufgabe 2050 global
Steigerung der Primärproduktion um 80%
Optimierte beschleunigte Züchtung bei
- weniger natürlichen Ressourcen
- ungünstigeren klimatischen Voraussetzungen
- steigenden Bedürfnissen von KonsumentInnen
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Was muss die Züchtung erreichen?
Ertragsanstieg
Ertragssicherheit
Mindesterträge in marginalen Gebieten
Reintegration vernachlässigter Arten
Effiziente Nutzung genetischen Ressourcen
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Der Ertragsfortschritt im 20sten Jahrhundert war
enorm: Beispiel Weizen
Wildgetreide: 1t/ha
Mittelalter - Neuzeit: 0.6 – 1t/ha
1911: 1.5t/ha
2010: 6 – 10t/ha
Biologisches Maximum: ca. 15t/ha
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Vor allem bei den
“GROSSEN DREI”
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Weizen, Reis und Mais = 50% unser Kalorien:
- Biodiversität oder Ernährungssicherheit?
- So oder so = Müssen à jour gehalten werden!
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Aber es gibt einen «Weizen-Alarm»!
Züchtungsfortschritt müsste 4 x höher sein
G20: Weizen hat Waisenstatus = Handlungsbedarf
Seit 2013: Weizeninitiative, Grossfirmen steigen
wieder ein
Es braucht Hybriden für jährlichen Saatgutkauf
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Krankheiten und Schädlinge profitieren von
grossflächigem Anbau
Tatsachen
500 Millionen Jahre biologischer Kriegsführung auf festem Land
Globalisierung und Klimawandel verändern das Spektrum und das Auftreten rasant
Schlussfolgerung
Züchtung und Agrarchemie müssen jederzeit den Pflanzenschutz gewährleisten
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Neue Kulturarten
sind keine Lösung
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Gerste
Weizen
Mais
Sorghum
Reis
Kartoffel
Cassava
Zuckerrohr
Soja
40J: Qualitätsraps
200J.:
Zuckerrübe
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Kreuzung und Testung auf
dem Feld
Selektion
Biologie
Genetik/
Biotechnologie Informatik
Inhaltsstoffe, Qualität
Agronomie
Züchte
rblic
k h
eute
?
Physiologie,
Phenomics
Hoffnung: Moderne integrierte Züchtungsmethodik
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Genetik/Biotechnologie 1
Zell- und Gewebekultur: Seit mehr als 4
Jahrzehnten
Millionen Nachkommen von einer Mutterpflanze:
Erdbeeren, Weihnachtssterne
Gesundung von vegetativ vermehrten Arten:
Kartoffeln
Herstellung von Inzuchtlinien in einer Generation:
Aktuelle Hybridzüchtung bei Mais
Regeneration transgener Zellen zu Pflanzen Winterthur 2014 Winterthur 2014 14
Genetik/Biotechnologie 2
Molekulare Genetik: Seit mehr als 2 Jahrzehnten
Oft gleichgesetzt mit Gentechnologie, einer
Komponente der molekularen Genetik:
Einfügung oder Abschaltung von Genen
Weitaus wichtiger die rasche Erkennung von
Genen und ihrer Allele für eine zunehmend
beschleunigte und präzise Züchtung:
Marker-Assistierte Selektion, MAS
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Probleme und Fortschritte
Durchbruch: DNA-chip Technologie, Tausende
Marker (= Gene) billig in einem Schritt analysiert
Physiologie und Biochemie zunehmend auf
Gen-Ebene verstanden
Neuer Engpass: Beschreibung der
Merkmalsausprägung an der Pflanze =
Phänotypisierung
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Beispiel 1: Massenvermehrung durch Zell- oder
Gewebekulturen: Beispiel Zierpflanzen
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Quelle: H.G. Gassen und K. Minol (Hrsg),
Gentechnik, Fischer Verlag 1996
l
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Beispiel 2: Genetische Charakterisierung
Unsere ETH Phänotypisierung-Plattform
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Maissämlinge: Deren Wurzeln werden
regelmässig in den Computer
eingescannt
A
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Beispiel 2: Viele Gene auf allen Chromosomen
abgefragt
Identische Genorte für Sämlinge in Zürich
und QTLs auf dem Feld in Simbabwe und
Mexiko
Wurzelmerkmale von Sämlingen sagen
Ertragsverhalten bei Dürre voraus
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Beispiel 3: Variationen von Genen in Genbanken
entdecken
Prof. Dr. Beat Keller Universität Zürich
Mehltau bei Weizen
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Beispiel 3: Das Resistenzgen Pm3 wird gezielt
auf Variationen abgefragt
Aus 17,000 Landsorten 400 resistente ausgewählt
Molekulare Analysen des Pm3: Neu 14 statt 7 Allele
bekannt
Neue Allele können für klassische und transgene
Züchtung eingesetzt werden
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Beispiel 4: Gentechnologie:
Innovative Lösungen mit wenigen neuen Genen
Ingo Potrykus
Zurich, ETH
Provitamin A
Qualitätsreis =
Goldener Reis
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Ausblick: Die Aufgabe riesig, Erfolg möglich
ALLE Züchtungswerkzeuge werden gebraucht
Private UND öffentliche Züchtung müssen enorm
gestärkt werden
Molekulare Werkzeuge sind ein MUSS für eine
schnelle und präzise Züchtung
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Getreidespeicher in Mohenjo Daro
Heute haben wir Öl-, aber kaum Getreidereserven
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